近日，厦门大学海洋与地球学院胡俊副教授团队在东亚降水氧同位素及石笋古气候解释方面取得新进展，成果发表于npj Climate and Atmospheric Science. 该研究结合含水氧？同位素大气模式、水汽来源示踪和路径反向追踪方法，建立了降水加权上游累积降水指数，定量表征水汽输送的“上游效应”。结果表明，印度洋—南太平洋远程水汽虽然对东亚降水的水量贡献较小，却对其氧同位素年际变化具有重要调控作用，从而为解读东亚石笋记录提供了新的物理依据。
研究背景
石笋氧同位素记录具有定年精度高、时间分辨率高等优势，是重建过去水文气候变化的重要代用指标，但其在东亚季风区的气候意义长期存在争议。传统“雨量效应”认为，降水越多，降水δ18O越负，因而常用石笋δ18O反映区域降水或季风强度。然而，东亚降水同位素还受到水汽来源、沿途降水和大尺度环流等“上游效应”的影响。以往研究缺少具有明确物理基础的指标，难以直接量化这些过程的作用。合理估计水汽沿途经历的降水和同位素分馏，是理解降水与石笋氧同位素气候意义的关键。
研究方法及结果
研究团队利用含降水稳定氧？同位素的大气模式iCAM6开展水汽来源示踪，为不同源区蒸发的水汽赋予标签，追踪其输送、凝结、再蒸发及形成东亚降水的过程。同时发展水汽路径反向追踪算法，计算水汽到达东亚前沿途经历的累积降水。
在此基础上，团队提出加权上游累积降水指数weighted-UAP，将各源区对东亚降水的贡献比例与沿途累积降水相结合，同时刻画水汽源贡献和输送路径上的降水分馏。该指数与东亚降水δ18O在月尺度和年际尺度上的相关性均明显高于传统雨量效应。
图1 水汽路径反向追踪与沿途累积降水计算示例（以1942年6月从印度洋东部海区蒸发到达中国东部形成降水的水汽为例）
东亚降水主要来自陆地水汽再循环，约占61%，其次为太平洋和印度洋来源；但最强的上游效应集中在印度洋和热带南太平洋。可见，贡献水量最多的源区，未必主导降水同位素信号。
仅利用印度洋和热带南太平洋计算的weighted-UAP，与东亚降水δ18O的年际相关系数即达-0.68，可解释最高46%的年际方差。在月、季节和年际尺度上，这两个海域均是与东亚降水δ18O联系最紧密的水汽源区。这说明，远程海洋水汽虽然占比不高，却携带了强烈的同位素信号，其影响需要结合水汽路径和沿途降水共同判断。
两类远程水汽的作用机制有所不同。热带南太平洋水汽经过漫长的跨赤道输送，在沿途强对流区持续经历凝结降水和瑞利分馏，到达东亚时δ18O已显著偏负。因此，较小的水汽贡献变化也能显著改变东亚降水同位素组成。其年际变化主要受南太平洋异常反气旋调控，该环流异常与类La Niña海温和环流型密切相关；水汽向北输送增强时，东亚降水δ18O显著降低。印度洋水汽则受来源贡献和沿途降水共同影响：亚洲夏季风增强可加强其向东亚的输送，阿拉伯海—南亚附近的环流和降水变化则改变沿途凝结与同位素分馏过程。
图2 印度洋和热带南太平洋上游效应影响东亚降水氧同位素的物理机制示意
上述机制也为ENSO与东亚降水δ18O关系的不稳定性提供了解释。热带南太平洋水汽主要响应ENSO，印度洋水汽还受到亚洲夏季风独立变化的调节。由于ENSO与亚洲夏季风的关系并非始终稳定，不同水汽来源的响应有时不同步，最终使东亚综合同位素信号与ENSO呈现非平稳关系。
研究启示
本研究直接量化了东亚降水氧同位素的上游效应，表明远程水汽在长距离输送中形成的同位素信号，可产生超出其降水量贡献的影响。利用石笋δ18O重建亚洲季风和水文气候时，应重视远程海洋源区及跨区域环流信息。weighted-UAP还为识别不同区域和时间尺度的降水氧同位素控制因子，以及研究过去热带海洋—亚洲季风相互作用，提供了可推广的定量工具。
研究团队及资助
论文第一作者为厦门大学海洋与地球学院2025级博士研究生高源，通讯作者为胡俊副教授，共同作者包括博士研究生梁日升和博士毕业生曹淑涛。该研究得到国家自然科学基金项目（42305052）资助。
论文来源及链接
Gao, Y., Hu, J.*, Liang, R. et al. Remote Indo-South Pacific as the primary upstream control on East Asian precipitation isotopes. npj Climate and Atmospheric Science, 9, 175 (2026). DOI：https://doi.org/10.1038/s41612-026-01443-3
供稿：胡俊课题组
编辑：苏颖
审核：张慕容、曹知勉
